Исследование инициирования горения при помощи стримерного СВЧ разряда

В рамках работ, проводимых совместно с Университетом ИТМО, были проведены эксперименты, которые продемонстрировали увеличение скорости горения в три раза при инициировании зажигания с помощью резонансного СВЧ разряда. Ряд признаков говорит о полном сгорании топлива, чего не наблюдается при искровом зажигании.

Полученные результаты привели к идее проведения новых экспериментов, направленных на снижение вредных выбросов за счет увеличения скорости горения и полноты сгорания, осуществления горения в сверхзвуковом потоке, поддержания непрерывной детонации путем подвода энергии в область за ударной волной при помощи присоединенного СВЧ-разряда.

В одной из рассматриваемых концепций ротационно-детонационных двигателей предполагалось инициирование детонации СВЧ разрядом, бегущим по дну коаксиального цилиндра.

В ходе проведения исследований был определен минимальный размер диэлектрической пластины, который бы не приводил к «убеганию» плазменных каналов СВЧ разряда с его поверхности.

Определение минимальной ширины пластины необходимо для задания ширины зазора между стенками.

Если отношение длины пластины к ширине было слишком большим, то разряд «убегал» с пластины. Постепенно были подобраны оптимальные размеры пластины, при которых разряд полностью занимал всю её поверхность, но «убегания» не происходило.

Эксперимент по исследованию оптимальных пропорций пластины,
при которой не происходит «убегание» разряда с ее поверхности,
а разряд заполняет пластину по всей ее ширине

Были также исследованы разряды, которые зажигались на секторном сегменте пластины, представлявшем собой пол-окружности, на внутренней цилиндрической поверхности из полиэтилены и кварца. Разряд во всех случаях надежно зажигается и бежит от инициатора навстречу полю. Характер «убегания» разряда с прямолинейной пластины или с секторного сегмента примерно одинаковый. Все эти эксперименты закончились успешно.

Вторым пунктом исследований стало изучение возможности инициировать детонацию топливно-воздушной смеси стримерным СВЧ разрядом. Суть эксперимента заключалась в сравнении характера расширения оболочки шарика при поджигании в нем топливно-воздушной смеси при помощи автомобильной свечи и с помощью стримерного разряда. Эксперименты показали ускорение расширения шарика при инициировании СВЧ разряда.

Особо стоит заострить внимание на увеличение скорости фронта пламени и скорости сгорания при поджигании смеси стримерным разрядом. Характер пламени указывал, что горение происходит «чисто», т.е. без образования окислов азота, что делает привлекательным применение подобных режимов горения в малоэмиссионных камерах сгорания (МЭКС).

Ряд научных результатов получен впервые. В частности, в экспериментах со стримерным разрядом, распространяющемся по поверхности пластины, получена необычно большая скорость распространения фронта разряда, достигавшая 15 км/с. Обнаружен новый режим быстрого горения.